《PEM電解槽能效評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)方法》

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明

一、工作簡(jiǎn)況

1.1工作任務(wù)來(lái)源

貫徹落實(shí)《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》和

《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》等文件精神，加快推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高PEM

電解槽能效水平而制定的。

經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)起草組及專家組多次調(diào)研論證，根據(jù)《團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定》有關(guān)規(guī)定，

特立項(xiàng)本系列標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào)為T(mén)/CASME-XXX-2024。

1.2主要工作過(guò)程

1.2.1主要參加單位

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位：北京氫羿能源科技有限公司、廣東卡沃羅氫科技有限

公司、江蘇氫芯動(dòng)力科技有限公司、江蘇國(guó)富氫能技術(shù)裝備股份有限公司、淳華

氫能源科技（湖南）有限公司、張家港氫云新能源研究院有限公司、華興中科標(biāo)

準(zhǔn)技術(shù)（北京）有限公司等。起草單位主要參與草案的修改，測(cè)試方法驗(yàn)證等標(biāo)

準(zhǔn)工作。

1.2.2工作分工

1.2.2.1第一次工作會(huì)議

2024年7月18日，線上開(kāi)啟《PEM電解槽能效評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)

第一次啟動(dòng)會(huì)議，與會(huì)代表首次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的工作組討論稿進(jìn)行討論，商定了工作進(jìn)

度，形成如下會(huì)議成果：

（1）會(huì)上成立了標(biāo)準(zhǔn)工作小組。

成立《PEM電解槽能效評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工作組，參與單位7

家。

（2）會(huì)上針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案及標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)論證方案提出以下建議：

2.1）草案分發(fā)給工作組單位，由工作組單位逐一檢查。

2.2）會(huì)上工作組單位完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品技術(shù)要求和參數(shù)的確定及修改，

并統(tǒng)一征集意見(jiàn)交由標(biāo)準(zhǔn)工作小組確認(rèn)。

1.2.3工作進(jìn)度安排

1

2023年11月，項(xiàng)目市場(chǎng)調(diào)研。

2023年12月，項(xiàng)目申報(bào)立項(xiàng)。

2024年7月，項(xiàng)目公示，召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)會(huì)。

2024年8月，召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)編制組內(nèi)部討論會(huì)。

2024年8月，公開(kāi)征求意見(jiàn)。

2024年9月，召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)。

2024年11月，報(bào)批，發(fā)布。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

標(biāo)準(zhǔn)起草小組在編制標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，以國(guó)家、行業(yè)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)為制訂基礎(chǔ)，結(jié)

合我國(guó)目前電磁分配閥的現(xiàn)狀，按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部

分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定及相關(guān)要求編制。

三、標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容

1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1評(píng)價(jià)指標(biāo)分類

1.1.1PEM電解槽的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：制氫能耗、電流密度、氣密性、泄漏量、額定氫

氣產(chǎn)量、氫氣純度與靜態(tài)試驗(yàn)。

1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1PEM電解槽能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與領(lǐng)跑者行動(dòng)目標(biāo)

評(píng)價(jià)指標(biāo)指標(biāo)數(shù)值

序號(hào)指標(biāo)類型測(cè)試依據(jù)

指標(biāo)規(guī)模Nm3/h首期指標(biāo)

20≤規(guī)模＜100≤4.5

制氫能耗

（直流能耗）

1（kWh/Nm3@附錄A

100≤規(guī)模＜200≤4.6

核心指標(biāo)12000A/m2）

規(guī)?！?00≤4.6

電流密度

2≥16000附錄B

（A/m2@1.8V）

3氣密性符合GB/T37562要求附錄C

4泄漏量小于0.5％/h附錄D

5額定氫氣產(chǎn)量符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求附錄E、附錄F

基礎(chǔ)指標(biāo)

6氫氣純度純度≥99.9％附錄G

7靜態(tài)試驗(yàn)符合本文件要求附錄H

8差壓試驗(yàn)符合GB/T37562要求附錄I

注：氫氣純度為PEM電解槽出口處（不含純化裝置）的氫氣純度。

2

1.3綜合評(píng)價(jià)與等級(jí)劃分

1.3.1PEM電解槽的性能評(píng)價(jià)，應(yīng)在滿足基礎(chǔ)指標(biāo)的前提下，對(duì)核心指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)分，

并根據(jù)綜合評(píng)分結(jié)果進(jìn)行評(píng)級(jí)。具體評(píng)分依據(jù)和等級(jí)劃分分別見(jiàn)表2和表3。

表2PEM電解槽能效性能評(píng)價(jià)原則

滿足條件

項(xiàng)目規(guī)模核心指標(biāo)水平分級(jí)

權(quán)重

規(guī)模Nm3/h先進(jìn)水平平均水平基準(zhǔn)水平

≥80分（70分-80分）（60分-70分）

綜合核心制氫能耗20≤規(guī)模＜100≤4.1（4.1-4.3]（4.3-4.5]60％

評(píng)價(jià)指標(biāo)（kWh/Nm3@100≤規(guī)模＜200≤4.2（4.2-4.4]（4.4-4.6]

12000A/m2）≥200≤4.3（4.3-4.4]（4.4-4.6]

電流密度≥200≥15000[12000-15000）[10000-12000）40％

（A/m2@1.8V）

注1：當(dāng)核心指標(biāo)值位于基準(zhǔn)水平和平均水平的區(qū)間時(shí)，所得分?jǐn)?shù)按照指標(biāo)區(qū)間相對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)區(qū)間的線

性關(guān)系進(jìn)行打分。

注2：當(dāng)制氫能耗優(yōu)于先進(jìn)水平時(shí)，能耗比先進(jìn)水平值每降低0.1kWh/Nm3，分?jǐn)?shù)增加5分，分?jǐn)?shù)上

限為100。

注3：當(dāng)電流密度優(yōu)于先進(jìn)水平時(shí)，電流密度比先進(jìn)水平值每增加500A/m2，分?jǐn)?shù)增加5分，分?jǐn)?shù)上

限為100分。

表3PEM電解槽能效性能等級(jí)評(píng)定

性能等級(jí)綜合評(píng)分

180（含）以上

270（含）-80

360（含）-70

A

A

附錄A

（規(guī)范性）

制氫效率試驗(yàn)方法

A.1范圍

該方法適用于質(zhì)子交換膜電解槽。

A.2試驗(yàn)方法

A.2.1額定單位能耗保留一位小數(shù)。

A.2.2測(cè)試工作在PEM電解槽的額定工況進(jìn)行，額定工況是指電解槽運(yùn)行的直流電流密度為

12000A/m2±500A/m2，工作溫度70℃±5℃，工作壓力為0.1MPa～5.0MPa。

A.2.3能耗測(cè)試用的原料水的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合GB/T19774的相關(guān)要求。

A.2.4試驗(yàn)用儀表等級(jí)要求，直流電流表和電流電壓表不低于0.5級(jí)，其他儀表不低于1級(jí)，

所用儀表應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程。

3

A.2.5單位直流能耗測(cè)試次數(shù)不宜少于6次，間隔10min，取平均值。每次測(cè)試時(shí)待狀態(tài)穩(wěn)

定10min后讀取數(shù)值。

A.2.6根據(jù)測(cè)得的直流電流值，電解槽的小室數(shù)，按照GB32311計(jì)算出的氫氣產(chǎn)能。

A.2.7根據(jù)測(cè)得的直流電壓值，電解槽的小室數(shù)，按照GB32311計(jì)算出電解槽在測(cè)試條件

下工作壓力下的平均小室電壓及單位直流能耗Wd。

A.2.8標(biāo)定單位能耗中直流能耗(Wds)按照3.2MPa氫氣堆出口壓力進(jìn)行核算，當(dāng)出口壓

力低于3.2MPa時(shí)，氫氣壓力提升至3.2MPa所需耗電量按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：

(A.1)

(A.2)

式中：

E——壓縮過(guò)程所耗電量，單位為千瓦時(shí)；

n——1kg氫氣的摩爾數(shù)，值為500mol；

P1——壓縮前的壓力，單位為Pa；

P2——壓縮后的壓力，值為3.2×106Pa；

R——?dú)怏w常數(shù)，為8.314J/mol?K；

T——?dú)怏w溫度，值為293.15K；

η——壓縮機(jī)效率，值為85％。

附錄B

（規(guī)范性）

電流密度測(cè)試方法

B.1范圍

該方法適用于質(zhì)子交換膜電解槽。

B.2試驗(yàn)方法

B.2.1最大電流密度保持整數(shù)。

B.2.2測(cè)試工作在PEM電解槽溫度為工作溫度70℃±5℃，工作壓力為0.1MPa～5MPa。

B.2.3能耗測(cè)試用的原料水的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合GB/T19774的相關(guān)要求。

B.2.4根據(jù)電解槽小室數(shù)，按平均小室電壓1.8V計(jì)算電解槽總電壓，并設(shè)置電壓值。

B.2.5根據(jù)電解槽工作電流，按照5％/s的速度進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，同時(shí)觀察電壓值的變化。

B.2.6當(dāng)電壓值達(dá)到設(shè)定電壓值時(shí)，停止調(diào)節(jié)電流，并記錄電流值。

B.2.7在滿足測(cè)試工作條件下，電解槽穩(wěn)定運(yùn)行30min以上，如果電壓值超過(guò)設(shè)定電壓值，

應(yīng)及時(shí)調(diào)整電流、記錄電流值，重新穩(wěn)定運(yùn)行30min以上。

B.2.8根據(jù)有效電解面積和記錄的電流值，計(jì)算出電流密度。

B

4

附錄C

（規(guī)范性）

氣密性試驗(yàn)方法

C.1范圍

該方法適用于質(zhì)子交換膜電解槽。

C.2試驗(yàn)方法

C.2.1氣密性試驗(yàn)，對(duì)壓力型電解槽以干燥、潔凈空氣或氮?dú)膺M(jìn)行氣密性試驗(yàn)。氣密性試

驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力，試驗(yàn)開(kāi)始后逐漸升壓，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后，保持30min，檢查所有連接處，

焊接、法蘭、墊片，以無(wú)漏氣為合格。

對(duì)常壓型電解槽的氣密性試驗(yàn)壓力為0.2MPa或注滿水靜置試驗(yàn)。

B

C

附錄D

（規(guī)范性）

泄漏量試驗(yàn)方法

D.1范圍

該方法適用于質(zhì)子交換膜電解槽。

D.2試驗(yàn)方法

D.2.1泄漏量試驗(yàn)。電解槽在氣密性試驗(yàn)合格后，以干燥、潔凈空氣或氮?dú)膺M(jìn)行泄漏量試

驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力；試驗(yàn)時(shí)間為24h。泄漏量試驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)真記錄電解槽內(nèi)氣體的溫

度、壓力。以平均每小時(shí)泄漏率不超過(guò)0.5％/h為合格。平均每小時(shí)泄漏率A按式（D.1）計(jì)

算。

(D.1)

式中：

A——平均每小時(shí)泄漏率，％/h；

T——試驗(yàn)時(shí)間，h；

p1，p2——試驗(yàn)開(kāi)始、結(jié)束時(shí)的絕對(duì)壓力，MPa；

T1，T2——試驗(yàn)開(kāi)始結(jié)束時(shí)的氣體絕對(duì)溫度，K。

D

附錄E

（規(guī)范性）

電流測(cè)試值計(jì)算氫氣產(chǎn)量

C

E

E.1范圍

該方法適用于質(zhì)子交換膜電解槽。

5

E.2計(jì)算方法

E.2.1依據(jù)電解定律—任何物質(zhì)在電解過(guò)程中，數(shù)量上的變化服從法拉第定律。

E.2.2水電解制氫時(shí)的法拉第定律

在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，用2×96500C電量，可電解1mol水制氫1mol氫和1/2mol氧。1mol氫氣在

標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為22.43×10-3m3；

故在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，制取1m3氫所需理論電量為式（E.1）：

(E.1)

E.2.3電流測(cè)試值計(jì)算氣體產(chǎn)量

電流測(cè)試值計(jì)算氣體產(chǎn)量按式（E.2）進(jìn)行。

(E.2)

式中：

Q——?dú)錃猱a(chǎn)量，m3/h；

I——通過(guò)電解小室的直流工作電流，A；

n——電解室數(shù)，個(gè)；

η——電流效率，單位（％）表示，可設(shè)定為100％。

附錄F

（規(guī)范性）

容積法測(cè)試氫氣產(chǎn)量

F.1范圍

該方法適用于質(zhì)子交換膜電解槽。

F.2計(jì)算方法

F.2.1容積法測(cè)試系統(tǒng)流程如圖所示F.1所示。

1——閥-1；2——閥-2；3——溫度計(jì)；4——壓力表；5——閥-3；6——安全閥。

圖F.1容積法測(cè)試系統(tǒng)示意圖

F.2.2測(cè)試方法

測(cè)試前應(yīng)對(duì)貯氣罐的結(jié)構(gòu)容積進(jìn)行實(shí)測(cè)。

6

開(kāi)閥-1，關(guān)閉閥-2、閥-3，準(zhǔn)確記錄貯氣罐內(nèi)氣體的起始?jí)毫蜏囟取?/p>

開(kāi)閥-2，關(guān)閉閥-1、閥-3，記錄起始時(shí)間。

經(jīng)一定時(shí)間充灌氣體后，關(guān)閉閥-2，開(kāi)閥-1，記錄終止時(shí)間、貯氣罐內(nèi)壓力和溫度。

氣體產(chǎn)量Q（Nm3/h)按式（F.1）計(jì)算。

Q=(F.1)

式中：

Q——標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣產(chǎn)量，單位為立方米每小時(shí)（Nm3/h）；

P0——標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體壓力（0.101325），單位為兆帕（MPa）；

P1——起始時(shí)貯氣罐內(nèi)氣體絕對(duì)壓力，單位為兆帕（MPa）；

P2——終止時(shí)貯氣罐內(nèi)氣體絕對(duì)壓力，單位為兆帕（MPa）；

T0——標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體溫度，單位為開(kāi)爾文（K）；

T1——起始時(shí)貯氣罐內(nèi)氣體溫度，單位為開(kāi)爾文（K）；

T2——終止時(shí)貯氣罐內(nèi)氣體溫度，單位為開(kāi)爾文（K）；

V——貯氣罐結(jié)構(gòu)容積，單位為立方米（m3）；

t——測(cè)試時(shí)間，單位為小時(shí)（h）。

D

F

附錄G

（規(guī)范性）

氫氣純度測(cè)試方法

G.1范圍

該方法適用于質(zhì)子交換膜電解槽。

G.2測(cè)試儀器

分析氫氣中氧含量，按照GB/T3634中對(duì)氧氣含量采用同手工分析或氣相色譜儀對(duì)比

過(guò)的儀表進(jìn)行分析。分析儀的量程0~1％O2，刻度值小于0.01％。

G.2.1氫中氧含量測(cè)試

將氫氣送入分析儀進(jìn)口接頭，分析儀顯示出體積氧含量值。

G.2.1.1氫氣純度計(jì)算如下（僅對(duì)氧含量規(guī)定）；

(F.1)

式中：

CH2——?dú)錃饧兌?，用（％）表示?/p>

CXO——儀表顯示氧含量值。

附錄H

（規(guī)范性）

靜態(tài)試驗(yàn)測(cè)試方法

7

H.1范圍

該方法適用于質(zhì)子交換膜電解槽。

H.2測(cè)試方法

H.2.1電解槽在額定工作溫度和工作壓力下運(yùn)行，將實(shí)際工作電流分別調(diào)整至額定工作電

流的20％，30％，40％，60％，80％，100％